實體自行車與即時計算的空氣流場

國家實驗研究院高速網路與計算中心（國網中心）於6月18日發表領先全球的「互動式高速計算技術」(interactive HPC, i-HPC)，並於德國漢堡舉行的國際高速計算會議ISC’12 (The International Supercomputing Conference, ISC）展示此技術應用於自行車設計的成果。

任意調整自行車的速度，可以馬上看到車輪周圍的流場變化

國網中心「互動式高速計算技術」發揮計算極致

「互動式高速計算技術」為國網中心研發的最新技術，以自行發展的計算流體力學演算法、高效能巨量資料繪圖以及擴增實境（Augment Reality）技術等三項技術整合而成，可藉由強大的電腦繪圖處理器（GPU）進行大量的高速計算模擬。它讓原本只是伺服器等級的計算主機，發揮宛如超級電腦的極致性能，達到千倍以上的加速效果。運用此技術，使用者能以即時互動的方式，任意改變模擬的參數或條件，立刻進行高速計算，並同步將結果輸出為便於觀察的3D動態影像，擺脫過去必須長時間等待與無法互動調整的研發困境。

「互動式高速計算技術」的關鍵性技術在於精準掌握計算主機內的CPU與GPU特性，進行妥善明確地分工，將硬體性能發揮到最高境界。GPU的特性適於大型資料平行處理，因此凡是需要大量計算及繪圖的工作，全部都交由GPU去執行。CPU則只負責下達指令、傳輸資料、與影像處理等工作。國網中心自行發展的計算流體力學演算法，可以讓原本在單一個CPU計算主機上需花費十天才能完成的模擬工作，大幅縮短至六分鐘內，達到二千倍以上的加速效果。

i-HPC加速下一代低風阻自行車之性能設計

國網中心將「互動式高速計算技術」應用於自行車的設計上，與台灣專門製造高性能自行車的Velocite公司展開合作，設計下一代低風阻自行車，驗證此創新技術之實用性。此合作的初步成果，在ISC’12展示中，所計算的是複雜度高達每秒3億個未知數的問題，並透過擴增實境技術即時呈現i-HPC的互動模擬效果。現場的參觀者可以看到真實的自行車以及流過車身周圍的空氣流場模擬效果，並隨時互動改變參數看到流場瞬間的變化。

然而新型自行車的性能關鍵，除了i-HPC技術，還有最佳化設計更是下一個要面對的挑戰。國網中心研發團隊將以基因演算法進行最佳化設計，透過基因之世代成功配對演化特性，求得最終解答。目前預估需要經過500個世代以上，至少7500個獨立的流體力學模擬，計算25天才能完成模擬。這若在一般桌上型電腦上執行，需要150年以上才能完成。由此顯見i-HPC技術讓這類原本無法進行的設計模擬得以實現，大幅降低研發時程與經費。

本次展示中，宏碁公司提供最新一代配有多張Nvidia Tesla和Quadro GPU卡的AT350 F2原型計算主機，協助i-HPC技術順利展示。國網中心研發團隊主要成員李汶樺博士表示：「擴增實境技術應用在高速計算領域上的優勢，在於它能在模擬工作的執行過程中任意改變參數或條件，並可即時反應相關的改變。以往進行高速計算模擬時，任何模擬的參數或條件都只能在模擬工作開始前或結束後才能進行修改，等待時間從幾小時甚至長達幾個星期。這項創新的技術，可以幫助研究人員即時觀察研發結果，節省大量的等待時間，對於科學研究與加速產業產品設計與開發而言，都是很大的突破。」

持續深化核心技術，延伸更多合作應用

國際間，高速計算已經廣泛應用在如醫療、氣象等民生相關的領域，其研究的精細度與複雜度越來越高，相對地計算量也持續加大。「互動式高速計算技術」，使國網中心成為國際間首度結合高速即時運算與擴增實境技術的高速計算研究中心。未來，國網中心將會持續研發高速計算核心技術，並加強與產官學研各界合作，將iHPC技術延伸應用於3D互動式教學、淹水預測、緊急應變系統等領域，以實際的成果協助國家科研與產業的蓬勃發展。